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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PID-Regler für den Kühlschrank


Autor: Johannes R. (jor)
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Hallo alle zusammen,
ich habe ein paar Fragen zum Kühlschrank...

allgemeine Information:
Bei unserem Kühlschrank schwankt die Temperatur im Gefrierfach zwischen 
+6 °C und -8 °C. Dadurch entsteht eine Menge Kondenzwasser und das 
Aufbewahren von Tiefkühlkost funktioniert sehr schlecht. Deswegen bin 
ich gerade dabei für den Kühlschrank einen kleinen diskreten PID bzw. 
PI-Regler zu entwerfen. Den Kompressor wollte ich dabei mit einer PWM 
längerer Periodendauer ansteuern.

Meine Fragen:
(1) Welche Periodendauer ist hierbei sinnvoll? Bis jetzt dachte ich an 
eine 16bit PWM (übertrieben aber einfach) und da ich nur im 
Nulldurchgang schalte, wäre dann eine Periodendauer von knapp 10,9 
Minuten möglich. Wenn ich jetzt den Kompressor mit 30% belaste wäre 
dieser nur 3,6 Minuten an. Ist so eine Betriebsart ineffektiv? Welche 
Periodendauer macht sinn?
Aktuell ist die "Periodendauer" sehr viel größer jedoch mit der oben 
beschriebenen Konsequenz.
(2) Ich hätte noch sehr viel Rechenzeit für messtechnische Berechnungen. 
Aber ich vermute das es gar keinen Sinn macht die Temperaturen auch 
während einer PWM-Periode zu messen außer ich rufe meinen 
PID-Regelalgorithmus nicht einmal sondern öfters pro PWM-Periode auf. 
dann sollte ich natürlich die Schwankung, die durch die 
PWM-Periodendauer entsteht rausrechnen. Ist das so richtig?

(2) ist aber nicht so wichtig, falls jemand Erfahrungswerte zum 
Kühlschrank hat wäre ich sehr dankbar. Informationen zum Thema findet 
man nur schlecht. Schaubilder sind natürlich immer gut :)

Viele Grüße
Johannes

Vielen Dank

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> und da ich nur im Nulldurchgang schalte, wäre dann eine Periodendauer
Hätte, wäre, könnte...
Ah, der Konjunktiv, ich liebe Ihn  ;-)

Wenn du den Kompressor nur für 1 Vollwelle anschaltest, was meinst du, 
was der tut?
Mit einer Zeitkonstanten von 10 Minuten im Stellglied wirst du ein 
tolles Regelverhalten hinbekommen.

> Ich hätte noch sehr viel Rechenzeit für messtechnische Berechnungen.
Ja, in 10 Minuten kann man einiges Rechnen...

> schwankt die Temperatur im Gefrierfach zwischen +6 °C und -8 °C.
Warum? Im geschlossenen Zustand?

Autor: Alex (Gast)
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Hatte ich auch mal - aber nicht so krass.
Resultat: Gerät weg, neues her und 30 € weniger Strom im Jahr gezahlt.

Du solltest bedenken, daß Geräte mit einem Kompressor beide Fächer 
abhängig kühlen, also kann es passieren, daß das Gefrierfach Arktis ist 
und die Milch auch einfriert (wie bei mir).

Autor: kuehl_box (Gast)
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Ich habe einmal mit einer Kühlbox, mit Peltierelement einen Regler 
implementiert. Mit der Wahl  der PWM kann ich dir nicht helfen.

Generell würde ich bei sehr kleinen Signalen mir etwas überlegen um den 
Motor zu schonen... z.B.  keine Pulse unter 30 Sekunden   den Motor 
verwenden - lieber den Motor ganz auslassen.

Generell: 2 Punktglied mit Hysterese funktioniert relativ gut - es muss 
nicht unbedingt ein PI Regler sein.

zu 2)
Falls dein Stellglied (PWM) langsamer ist als deine Messungen kannst du 
einen digitalen Filter verwenden um die zusätzlichen Messungen 
verwenden.

Z.B. du misst die Temperatur alle 30 Sekunden und nimmst dann den 
Mittelwert als Pseudo-Messung.

Autor: Rainer (Gast)
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Hallo,

du solltest das Problem auch unbedingt von der kältetechnischen Seite 
aus sehen.
Alle Verdichter - Hersteller empfehlen unbedingt einen Verdichter nicht 
häufiger wie max. 6 x pro Stunde zu starten.
Hier spielt die Sauggas - Kühlung und die notwendige Ölschmierung im 
Verdichter eine Rolle.
Am längsten halten Verdichter die 24 Std. durchlaufen !
In der Klimatechnik gibt es inzwischen Scroll-Verdichter ( die du aber 
in keinem Kühlschrank findest ) die eine PWM - Regelung haben. Hier 
läuft der Sauggas gekühlte Verdichter durch, jedoch wird die 
Kältemittelförderung durch ein Bypassventil am Verdichter mittels PWM - 
Signal geregelt.

Autor: hmm... (Gast)
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Ja. Der kompressor ist ein optimiertes billigteil, das gemaess den 
Spezifikationen laufen muss wenn man die Lebensdauer haben will. Der 
Kompressor ist gasgekuehlt. Da sollte man nicht versuchen die Drehzahl 
zu reduzieren.
Ich musste auch grad den Kuehlschrank ersetzen, der hat auch ploetzlich 
solche Dinge gemacht. Eigentlich waere der Thermostat defekt gewesen hat 
der Haendler gemeint. Ich glaub's irgendwie nicht. Hinten hatten wir 
schnell mal Eis, trotzdem war's nicht richtig kalt.
Man koennte einges verbessern. Zb innen einen Querstromluefter fuer 
einen kleinen Temperaturgradienten. Und aussen auch. Das Gitter hinten 
wird viel zu heiss, was den Wirkungsgrad absacken laesst.

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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> Bei unserem Kühlschrank schwankt die Temperatur im Gefrierfach
> zwischen +6 °C und -8 °C. Dadurch entsteht eine Menge
> Kondenzwasser und das Aufbewahren von Tiefkühlkost
> funktioniert sehr schlecht.

Wie alt ist denn das Prachtstück?

Bei mehr als zehn Jahren würde ich nach Möglichkeit auf eine Reparatur 
verzichten; der Stromverbrauch ist bei älteren Geräten i.d.R. 
unökonomisch hoch. Das Gefrierfach sollte nicht wärmer als -18 °C 
werden.

Ich habe mich kürzlich von einem vermeintlich intakten Kombigerät von 
Liebherr getrennt. Im mit einem eigenen Kompressor gekühlten Gefrierteil 
herrschten trotz anderslautender Anzeige des geräteeigenen Thermometers 
Temperaturen unter -35 °C ... was für einen Jahresstromverbrauch von 
knapp 800 kWh sorgte. Da das Gerät recht leise war, und der Tiefkühlteil 
auch nicht sonderlich oft geöffnet wurde, dauert es eine Weile, bis das 
Problem auffiel. Das Teil war 18 Jahre alt ...

Autor: Peter Diener (pdiener) Benutzerseite
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So eine Temperaturregelung haben wir bei unserem Kühlschrank auch selbst 
gebaut, nachdem der Termostat defekt war. Wir verwenden einen Pic und 
einen Platintemperatursensor. Das ganze hat einen Zweipunktregler mit 
Zwangssperrzeiten. Das bedeutet, es gibt eine Einschalttemperatur, eine 
Ausschalttemperatur, eine Mindestlaufzeit und eine Mindestsperrzeit.

Die Mindestlaufzeit braucht man, damit der Kompressor nicht zu oft 
startet und somit nicht durch häufigen Anlauf mit Mangelschmierung läuft 
oder durch die hohen Anlaufströme unzulässig warm wird.

Die Mindestsperrzeit sorgt dafür, dass der Kompressor nach Abschalten 
für eine gewisse Zeit nicht anlaufen kann, so dass kein Start unter 
hohem Differenzdruck erfolgt, was zwangsläufig zum Blockieren führt.

Weiterhin braucht man eine Abtaufunktion, die nach einer bestimmten 
Laufzeit einmalig eine längere Sperrzeit einbaut, damit der Verdampfer 
enteist wird. Ansonsten hat man innerhalb von einigen Tagen eine dicke 
Eisschicht auf dem Verdampfer. Bei Geräten mit Tiefkühlfach ist diese 
Funktion aber wenig sinnvoll.

Ein paar gute Werte sind:
Einschalttemperatur: 8°C
Ausschalttemperatur: 6°C
Mindestlaufzeit: 5 Minuten
Mindestsperrzeit: 5 Minuten
Abtauzeit: 30 Minuten

Grüße,

Peter

Autor: Falk Brunner (falk)
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Und bei all den Problemem wird ausgeschlossen, dass nur der Thermostat 
defekt ist? Einfach mal dran drehen, per Hand oder mit Schraubenzieher.
Oje . . .

Autor: Wolfgang Heinemann (frickelkram)
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Hmmm ... das klingt nach "zu viel des guten". Einige Antworten weisen ja 
schon auf das langsame Verhalten des Kühlsystems hin.
Wer aber kein "Bimetall" mehr im Kühlschrank haben will, sondern lieber 
µC-High-Tech, dem empfehle ich diesen Artikel 
http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcServic... 
.

Autor: Johannes R. (jor)
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Vielen Dank für die ganzen Antworten. Ich werde dann von meinem Ergebnis 
berichten.

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